論文の概要: Power of a quasi-spin quantum Otto engine at negative effective
temperature
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2207.09272v1
- Date: Tue, 19 Jul 2022 13:34:48 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-04 13:11:43.580633
- Title: Power of a quasi-spin quantum Otto engine at negative effective
temperature
- Title（参考訳）: 擬スピン量子オットーエンジンの負の有効温度でのパワー
- Authors: Jens Nettersheim, Sabrina Burgardt, Quentin Bouton, Daniel Adam, Eric
Lutz, and Artur Widera
- Abstract要約: 我々は、セシウム原子の準スピン状態において実現された単一原子量子オットーエンジンの出力を分析する。
負の温度条件下ではパワーが向上し、最大エントロピーの半分の値に達することが判明した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Heat engines usually operate by exchanging heat with thermal baths at
different (positive) temperatures. Nonthermal baths may, however, lead to a
significant performance boost. We here experimentally analyze the power output
of a single-atom quantum Otto engine realized in the quasi-spin states of
individual Cesium atoms interacting with an atomic Rubidium bath. From measured
time-resolved populations of the quasi-spin state, we determine the dynamics
during the cycle of both the effective spin temperature and of the quantum
fluctuations of the engine, which we quantify with the help of the Shannon
entropy. We find that power is enhanced in the negative temperature regime, and
that it reaches its maximum value at half the maximum entropy. Quantitatively,
operating our engine at negative effective temperatures increases the power by
up to 30% compared to operation at positive temperatures, including even the
case of infinite temperature. At the same time, entering the negative
temperature regime allows for reducing the entropy to values close to zero,
offering highly stable operation at high power output. We furthermore
numerically investigate the influence of the size of the Hilbert space on the
performance of the quantum engine by varying the number of levels of the
working medium. Our work thereby paves the way to fluctuation control in the
operation of high-power and efficient single-atom quantum engines.
- Abstract（参考訳）: 熱機関は通常、異なる(正の)温度で熱浴と熱交換することで作動する。
しかし、非熱水浴は大幅な性能向上につながる可能性がある。
本稿では,原子状ルビジウム浴と相互作用するセシウム原子の準スピン状態において実現された単一原子量子オットーエンジンの出力を実験的に解析する。
準スピン状態の時間分解個体数から、実効スピン温度とシャノンエントロピーの助けを借りて定量化するエンジンの量子揺らぎのサイクルのダイナミクスを決定する。
負の温度領域では電力が増大し、最大エントロピーの半分で最大値に達することが判明した。
負の有効温度でのエンジンの運転は、無限の温度の場合を含む正の温度での運転と比較して最大30%の電力を増大させる。
同時に、負の温度状態に入ることで、エントロピーを0に近い値に減らし、高出力での高安定な動作を可能にする。
さらに, 量子エンジンの性能に及ぼすヒルベルト空間の大きさの影響を, 加工媒体のレベル数を変化させて数値的に検討した。
我々の研究は、高出力で効率的な単一原子量子エンジンの動作における変動制御の道を開く。
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